DE4105457A1 - Non-invasive continuous blood pressure measurement - applying pressure on outside of human body to relieve artery and compute blood pressure - Google Patents
Non-invasive continuous blood pressure measurement - applying pressure on outside of human body to relieve artery and compute blood pressureInfo
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Abstract
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur nichtinvasiven kontinuierlichen Blutdruckmessung bei Menschen, bei dem durch einen von außen auf den Körper aufgebrachten Druck eine Arterie entspannt und ein an der Druckstelle gemessenes Drucksignal zur Berechnung des Blutdrucks in der Arterie verwendet wird. Gegen stand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Drucksensor und ggf. Referenzdrucksensor zum Aufbringen eines Druckes und ggf. Referenzdrucks und Messen eines Drucksignals und ggf. Referenzdrucksignals.The invention relates to a method for non-invasive continuous blood pressure measurement in humans by which an external pressure on the body an artery relaxed and a pressure signal measured at the pressure point Calculation of blood pressure in the artery is used. Against State of the invention is also a device for performing of the method, with a pressure sensor and possibly a reference pressure sensor for applying a pressure and, if necessary, reference pressure and measuring a pressure signal and possibly a reference pressure signal.
In der Praxis wird der Blutdruck im allgemeinen diskontinuierlich nach der Methode von Riva-Rocci gemessen. Eine Druckman schette wird um den Oberarm des Patienten gelegt und mit veränderlichem Druck beaufschlagt. Systolischer und dia stolischer Druck können dann anhand verschiedener physika lischer Phänomene identifiziert werden. Bei der auskulta torischen Methode nach Korotkow werden die Druckwerte mit Hilfe eines Stethoskops über der arteria brachialis in der Ellenbeuge akustisch ermittelt. Zunächst wird der Manschet tendruck so weit erhöht, daß er sicher über dem zu erwar tenden systolischen Wert liegt und somit die arteria bra chialis vollständig komprimiert ist. Dann wird der Druck kontinuierlich verringert, bis der Puls in Form kurzer Klopfgeräusche im Stethoskop hörbar wird. Dieser Punkt wird als Beginn einer stark turbulenten Strömung in der fast vollständig geschlossenen Arterie interpretiert und dem systolischen Blutdruck zugeordnet. Bei weiterer Ver ringerung des Manschettendrucks wird der diastolische Punkt erreicht, an dem die Klopfgeräusche stark gedämpft sind, da die turbulente Strömung des nun fast vollständig geöff neten Gefäßes über den gesamten Pulszyklus in eine laminare Strömung übergeht. Sämtliche diskontinuierliche Verfahren haben jedoch den Nachteil systemimmanenter Fehlerquellen und einer zeitlichen Begrenzung der Messung, die eine Va lidierung von Erkrankungen mit hoher Blutdruck-Variabilität mehr als fraglich erscheinen läßt. In practice, blood pressure generally becomes discontinuous measured according to the Riva-Rocci method. A printing man cuff is placed around the patient's upper arm and with variable pressure. Systolic and dia Stole pressure can then be measured using various physics phenomena are identified. At the auscultation toric method according to Korotkow, the pressure values with Using a stethoscope over the brachial artery in the Elbow bend determined acoustically. First, the cuff tendruck so far raised that it was surely above the expected the systolic value and thus the artery bra chialis is fully compressed. Then the pressure continuously decreased until the pulse in the form of short Knocking sounds can be heard in the stethoscope. This point is considered the beginning of a highly turbulent flow in the interpreted and almost completely closed artery associated with systolic blood pressure. With further ver Decrease in cuff pressure becomes the diastolic point reached where the knocking noises are strongly damped, since the turbulent flow of the now almost completely open neten vessel over the entire pulse cycle in a laminar Current passes. All discontinuous processes however, have the disadvantage of inherent sources of error and a time limit of the measurement, which a Va Ridification of diseases with high blood pressure variability makes more than questionable.
Eine kontinuierliche Blutdruckmessung kann dem Arzt hin gegen ein realistisches Bild über die Variabilität des Blutdrucks und die Reaktionen des kardiovasculären Systems auf Umwelt und Belastung des Patienten geben. Bei der intraarteriellen Messung wird mittels einer Hohlnadel ein elektromechanischer Wandler im Gefäß appliziert, oder der Druck des Gefäßes über eine Flüssigkeitssäule durch einen Katheter außerhalb des Körpers ermittelt. Diese direkte Messung des Blutdrucks gilt bislang als das zuverlässigste und präziseste kontinuierliche Meßverfahren. Außerdem sind insbesondere tonometrische Verfahren und Vorrichtungen zur kontinuierlichen transkutanen Messung des Blutdrucks bekanntgeworden, bei denen mittels eines Sensors von außerhalb des Körpers so viel Kraft in die Arterienwand eingeleitet wird, daß diese völlig entspannt ist (EP-A- 02 40 735). Da die Arterienwand nur sehr geringe Kräfte in radialer Richtung aufnehmen kann, ist der durch den Sensor aufgebrachte Druck etwa proportional zum Innendruck der Arterie. Aus dem Drucksignal kann somit der Blutdruck in der Arterie errechnet werden. Aufgrund der starken Arte faktbelastung durch bewußte und unbewußte Bewegung des Patienten und durch Verdrängung von Gewebeflüssigkeit im Bereich der Arterie konnten bisher tonometrische Messungen allerdings nur an relaxierten Probanden über eine Zeit spanne von wenigen Minuten durchgeführt werden. Continuous blood pressure measurement can help the doctor against a realistic picture of the variability of the Blood pressure and the reactions of the cardiovascular system on the environment and the burden on the patient. In the intra-arterial measurement is performed using a hollow needle electromechanical transducer applied in the vessel, or the Pressure of the vessel through a column of liquid through a Catheter detected outside the body. This direct So far, measuring blood pressure is considered the most reliable and most precise continuous measuring methods. Also are in particular tonometric methods and devices for continuous transcutaneous measurement of blood pressure become known, in which by means of a sensor from so much force outside the body into the artery wall is initiated that this is completely relaxed (EP-A- 02 40 735). Because the artery wall has very little force in radial direction is that of the sensor applied pressure approximately proportional to the internal pressure of the Artery. The blood pressure can thus be inferred from the pressure signal the artery can be calculated. Because of the strong species factual burden through conscious and unconscious movement of the Patients and by displacing tissue fluid in the Area of the artery has so far been able to perform tonometric measurements however, only on relaxed subjects over time within a few minutes.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrich tung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die eine wirkungsvolle Unterdrückung der Bewegungsartefakte und eine praxisnahe kontinuierliche Blutdruckmessung ermöglichen.Proceeding from this, the object of the invention is an improved process as well as an improved device tion to carry out the procedure to create a effective suppression of motion artifacts and a enable practical continuous blood pressure measurement.
Zur Lösung der Aufgabe ist nach einer ersten Verfahrens variante vorgesehen, daß die Grundwelle des Drucksignals herausgefiltert wird und der systolische Blutdruck beim Maximum des Drucksignals bei positiver Grundwelle sowie der diastolische Blutdruck beim Minimum des Drucksignals bei negativer Grundwelle ermittelt werden.To solve the problem is after a first procedure variant provided that the fundamental wave of the pressure signal is filtered out and the systolic blood pressure at Maximum of the pressure signal with a positive fundamental wave as well the diastolic blood pressure at the minimum of the pressure signal in the case of a negative fundamental wave.
Dieses Verfahren verbessert die Identifizierung des systo lischen und diastolischen Druckes, wodurch die Empfindlich keit der Messung gegenüber Artefaktbelastung verringert und eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen tonometrischen Verfahren erreicht wird.This procedure improves the identification of the systo and diastolic pressure, making the sensitive measurement compared to artifact exposure reduced and a significant improvement over conventional ones tonometric method is achieved.
Gemäß einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Grund- und zugehörige Ober wellen des Drucksignals herausgefiltert werden, die heraus gefilterten Grund- und Oberwellen zu einer Nachbildung des Drucksignals aufaddiert werden, und die Nachbildung des Drucksignals zur Berechnung des Blutdrucks verwendet wird.According to a preferred variant of the method, the Task solved in that basic and associated super waves of the pressure signal are filtered out filtered fundamental and harmonic waves to a replica of the Pressure signal are added, and the replica of the Pressure signal is used to calculate blood pressure.
Diese Verfahren beruhen auf folgenden Überlegungen: ein Puls- oder Drucksignal wird im wesentlichen durch den Rhythmus des Herzschlages bestimmt und bewegt sich in einem schmalen Frequenzband mit einer Variationsbreite, die der Veränderlichkeit der Herzrate entspricht. Es handelt sich also um einen quasiperiodischen Signalverlauf. Bei allen periodischen Signalen besteht das Fourierspektrum unabhän gig vom tatsächlichen Signalverlauf aus einzelnen Diracim pulsen, deren Amplituden den Koeffizienten der zugehörigen Fourierreihen entsprechen. Diese Diracimpulse liegen auf der Frequenz der Grundwelle der periodischen Schwingung und den dazugehörigen Oberwellen, die sich aus den Viel fachen dieser Grundfrequenz berechnen. Weitere Frequenzan teile sind nicht vorhanden. Die Bewegungsartefakte mani festieren sich hingegen im wesentlichen als statistische Störungen des Drucksignals, so daß keine definierte Bezie hung der Phase oder des Frequenzgangs von Nutz- und Stör signal existiert. Im Frequenzspektrum erscheinen sie des halb als einzelne, zufällig verteilte Linien.These procedures are based on the following considerations: a Pulse or pressure signal is essentially by the The rhythm of the heartbeat determines and moves in one narrow frequency band with a range of variation that the Variability of the heart rate corresponds. It is about that is, a quasi-periodic waveform. At all the Fourier spectrum is independent of periodic signals gig of the actual signal curve from individual Diracim pulses, the amplitudes of the coefficients of the associated Fourier series correspond. These Dirac impulses are present the frequency of the fundamental wave of the periodic oscillation and the associated harmonics that result from the many times this fundamental frequency. More frequency parts are not available. The motion artifacts mani on the other hand, are essentially established as statistical Disturbances in the pressure signal, so that no defined relation hung phase or frequency response of useful and interference signal exists. They appear in the frequency spectrum half as individual, randomly distributed lines.
Erfindungsgemäß werden deshalb die Grund- und zugehörigen Oberwellen bei ihren einander zugeordneten Frequenzen her ausgefiltert und zu einer Nachbildung der quasiperiodischen Anteile des gemessenen Drucksignals aufaddiert. Diese Nach bildung ist um so genauer, je mehr Oberwellen ausgefiltert und auf die Grundwelle aufaddiert werden. Überlagerte Stö rungen durch Bewegungsartefakte sind im nachgebildeten Drucksignal praktisch nicht mehr vorhanden, so daß sie die Berechnung des Blutdruckes kaum beeinträchtigen.According to the invention, the basic and associated Harmonics at their mutually assigned frequencies filtered out and a replica of the quasi-periodic Shares of the measured pressure signal added up. This after education is more accurate the more harmonics are filtered out and be added to the fundamental wave. Superimposed interference Movement artifacts are reproduced in the Pressure signal practically no longer exists, so that it Barely affect calculation of blood pressure.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die ersten vier Oberwellen des Drucksignals herausgefiltert, wobei das von diesen und der Grundwelle gebildete Synthese signal die dem Blutdruck entsprechenden Anteile des Druck signales mit genügender Genauigkeit repräsentieren.In a preferred embodiment of the method filtered out the first four harmonics of the pressure signal, the synthesis of these and the fundamental wave signal the portions of the pressure corresponding to the blood pressure represent signals with sufficient accuracy.
Gemäß einer Weiterbildung wird die Grundwelle bei der Fre quenz ermittelt und aus dem Drucksignal herausgefiltert, bei der das gefilterte Drucksignal eine minimale Leistung aufweist. Der Minimalwert des gefilterten Drucksignals ist gegeben, wenn der energiereichste Anteil des Drucksignales ausgefiltert wird. Den maximalen Energiegehalt besitzt bei periodischen Signalen die Grundschwingung, so daß die ein gestellte Frequenz derjenigen der Grundwelle entspricht.According to a further training, the fundamental wave at Fre determined and filtered out of the pressure signal, at which the filtered pressure signal has a minimal power having. The minimum value of the filtered pressure signal is given when the most energetic portion of the pressure signal is filtered out. Has the maximum energy content at periodic signals the fundamental, so that the one set frequency corresponds to that of the fundamental wave.
Bevorzugt wird das Drucksignal gemäß dem Algorithmus aus Anspruch 5 gefiltert. Dabei wird eine Filterung des Ein gangssignals y(n) mit der Laufvariablen n für Abtastwerte gemäß der Übertragungsfunktion im z-BereichThe pressure signal is preferably filtered in accordance with the algorithm from claim 5. A filtering of the input signal y ( n ) with the run variable n for sample values is carried out according to the transfer function in the z range
vorgenommen. Die Größe z der diskreten Transformation ist mit der analogen Größe w über z=E(jwT) verknüpft, mit w=2πf und T=1/fT mit der Abtastfrequenz fT. Für die Bandbreite der Filterung giltperformed. The size z of the discrete transformation is linked to the analog size w via z = E (jwT) , with w = 2πf and T = 1 / f T with the sampling frequency f T. The following applies to the bandwidth of the filtering
B = fT/2 · (1 - δ)B = f T / 2 · (1 - δ)
sowie für den Zusammenhang von a mit der ausgefilterten Frequenzas well as for the relationship between a and the filtered out frequency
a = -2 · cos (w · T)a = -2cos (wT)
Ferner liegt das Kriterium für die Minimierung der Kosten funktionThere is also the criterion for minimizing costs function
zugrunde. Es wurde das Kriterium der kleinsten Quadrate gewählt, das hier durch eine gegenseitige Aufhebung posi tiver und negativer Ausgangswerte vermieden wird. In die erste Gleichung des Algorithmus wird der Parameter a aus dem vorherigen Abtastzeitraum n-1 eingesetzt, der für die aktuelle Rekursion einen nur annähernd korrekten Wert lie fert. In den beiden folgenden Gleichungen wird der Adap tionsvorgang auf die Frequenz der Grundwelle durchgeführt und ein neuer Parameter a für den aktuellen Abtastzeitraum n berechnet. In der darauffolgenden Gleichung wird die neu ermittelte Größe a sofort zur Berechnung des Ausgangssig nals eb(n) verwendet, wodurch eine bessere Filterung der Eingangsdaten y(n) gegeben ist. Dabei ist die Größe τ ein sogenannter "Forgetting-Faktor", der in den Grenzen 0<τ 1 eingestellt werden kann. Er stellt einen Gewichtungs faktor dar, mit dem die um n Abtastwerte zurückliegende Größen mit einem Gesamtfaktor von τn gewichtet werden und somit nur noch wenig Einfluß auf die Größe der Kostenfunk tion besitzen. Die Kostenfunktion wird somit wie folgt modifiziert:underlying. The criterion of least squares was chosen, which is avoided here by mutually canceling positive and negative output values. In the first equation of the algorithm, the parameter a from the previous sampling period n-1 is inserted, which delivers an only approximately correct value for the current recursion. In the following two equations, the adaptation process to the frequency of the fundamental wave is carried out and a new parameter a is calculated for the current sampling period n. In the following equation, the newly determined variable a is immediately used to calculate the output signal e b (n) , which results in better filtering of the input data y (n) . The size τ is a so-called "forgetting factor" which can be set within the limits 0 <τ 1. It represents a weighting factor with which the quantities back by n samples are weighted with a total factor of τ n and thus have little influence on the size of the cost function. The cost function is thus modified as follows:
Der Algorithmus ist zur digitalen Filterung des digitali sierten Drucksignales auf einen Digitalrechner geeignet. The algorithm is for digital filtering of the digitali based pressure signals on a digital computer.
Der Erfolg der Adaption auf die Frequenz der Grundwelle hängt besonders von dem Parameter δ ab, der die Bandbreite bestimmt. Falls zu Beginn des Adaptionsvorgangs ein Wert für δ nahe bei 1 gewählt wird, erzeugt man ein schmal bandiges Filter. Bei einer Änderung der Frequenz des quasi periodischen Drucksignals und der daraus resultierenden Änderung der Kostenfunktion Vn schwingt das Filter dann aufgrund seiner Schmalbandigkeit nur langsam auf die neue Frequenz ein. Deshalb wird zu Beginn des Adaptionsvorgangs eine größere Bandbreite gewählt, die ein Adaptieren auf die energiereichste (Grund-)Schwingung ermöglicht. Dann wird die Bandbreite schrittweise verkleinert, bis nach einer vollzogenen Adaption die Veränderung der Frequenz der quasiperiodischen Schwingungen noch im Rahmen der Va riationsbreite der Herzrate geschehen kann, einem Rahmen, in dem auch mit einem schmalbandigen Filter adaptiert wer den kann. Eine bevorzugte Rekursion für die schrittweise Verringerung der Bandbreite ist in Unteranspruch 6 ange geben.The success of the adaptation to the frequency of the fundamental wave depends in particular on the parameter δ, which determines the bandwidth. If a value for δ close to 1 is selected at the beginning of the adaptation process, a narrow-band filter is generated. When the frequency of the quasi-periodic pressure signal changes and the resulting change in the cost function V n, the filter then only slowly swings to the new frequency due to its narrow band. Therefore, a larger bandwidth is selected at the beginning of the adaptation process, which enables adaptation to the most energetic (fundamental) vibration. Then the bandwidth is gradually reduced until, after an adaptation has taken place, the change in the frequency of the quasi-periodic oscillations can still take place within the range of the variation in the heart rate, a frame in which anyone who can adapt with a narrow-band filter can also do so. A preferred recursion for the gradual reduction in bandwidth is given in dependent claim 6.
Bei dem vorstehend erläuterten Filtern eines Drucksignals minimaler Leistung entspricht die Filterung einer Band sperre, die das Drucksignal ohne die Grundwelle liefert. Zum Herausfiltern der Grundwelle wird deshalb das gefil terte Drucksignal von dem ungefilterten Drucksignal abge zogen, wodurch ein schmalbandiger Bandpaß mit der Mitten frequenz auf der Frequenz der Grundwelle oder Herzrate er zeugt wird. Die herausgefilterte Grundwelle kann z. B. zur Ermittlung des systolischen bzw. diastolischen Blutdruckes gemäß Anspruch 1 herangezogen werden.In the above-mentioned filtering of a pressure signal minimal performance corresponds to filtering a band lock that delivers the pressure signal without the fundamental wave. To filter out the fundamental wave, it is filmed tter pressure signal from the unfiltered pressure signal pulled, creating a narrow band pass with the middle frequency on the frequency of the fundamental wave or heart rate is fathered. The filtered out fundamental wave z. B. for Determination of the systolic or diastolic blood pressure be used according to claim 1.
Die Bestimmung der Frequenz der Grundwelle aus dem arte faktbelasteten Drucksignal kann nach dem heutigen Stand der digitalen Filtertechnik mit vertretbarem Aufwand und der notwendigen Präzision noch nicht durchgeführt werden. Des halb sieht eine andere Ausgestaltung vor, daß die Puls frequenz mittels eines EKG bestimmt und als Frequenz der Grundwelle verwendet wird. Das Elektrokardiogramm kann in herkömmlicher Weise mittels Elektroden am Körper des Pa tienten abgenommen werden.Determining the frequency of the fundamental wave from the arte factual pressure signal can according to the current state of the digital filter technology with reasonable effort and necessary precision can not yet be performed. Des another embodiment provides that the pulse frequency determined by means of an EKG and as the frequency of the Fundamental wave is used. The electrocardiogram can be in conventionally by means of electrodes on the body of the Pa be removed.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens werden ganzzahlige Vielfache der Frequenz der Grundwelle für das Herausfiltern der Grund- und ggf. Oberwellen ermittelt. Die ermittelten Frequenzen können der Steuerung von einstellbaren Bandpäs sen zum Herausfiltern der Grund- und Oberwellen aus dem Drucksignal dienen.According to a development of the method, integers are Multiples of the frequency of the fundamental wave for filtering out the fundamental and possibly harmonics are determined. The determined Frequencies can be used to control adjustable bandpasses to filter out the fundamental and harmonic waves from the Serve pressure signal.
Bevorzugt werden die Grund- und ggf. Oberwellen nach der in Anspruch 10 angegebenen Rechenvorschrift herausgefil tert (UeEingangssignal, UaAusgangssignal), die sich auf einem Digitalrechner zur digitalen Filterung program mieren läßt.Preferably, the fundamental and possibly harmonics are filtered out according to the calculation rule specified in claim 10 (U e input signal, U a output signal), which can be programmed on a digital computer for digital filtering.
Gemäß einer praktischen Weiterbildung werden die Grund- und ggf. Oberwellen jeweils mit einer Bandbreite von 0,1 Hz ausgefiltert, um eine gute Filterung des Signalspektrums bei gleichzeitiger Unterdrückung der Artefakte zu erreichen.According to practical training, the basic and if necessary harmonics with a bandwidth of 0.1 Hz filtered out to good filtering of the signal spectrum while suppressing the artifacts.
Zur weiteren Minderung der Störempfindlichkeit können vor dem Herausfiltern von Grund- und ggf. Oberwellen die nie derfrequenten Anteile oder Gleichanteile des Drucksignals herausgefiltert werden. Bevorzugt kann dies gemäß der in Anspruch 13 angegebenen Rechenvorschrift geschehen, mit der auf einem Digitalrechner ein digitaler Hochpaß 2. Ord nung verwirklicht werden kann. Praktisch können die nieder frequenten Anteile bis zu einer Grenzfrequenz von 0,2 Hz herausgefiltert werden, da das relevante Spektrum des Drucksignales bei minimal 0,5 Hz, entsprechend 30 Schlägen pro Minute, beginnt und dadurch nicht gedämpft wird.To further reduce the susceptibility to interference, before filtering out fundamental and possibly harmonics that never of the frequency components or DC components of the pressure signal be filtered out. This can preferably be done according to the in Claim 13 specified calculation rule happen with who is on a digital computer a digital high pass 2nd order can be realized. Practically they can settle down frequency components up to a cut-off frequency of 0.2 Hz be filtered out since the relevant spectrum of the Pressure signals at a minimum of 0.5 Hz, corresponding to 30 beats per minute, begins and is not dampened as a result.
Ferner können gemäß einer Fortbildung vor dem Herausfil tern von Grund- und ggf. Oberwellen die hochfrequenten Anteile des Drucksignals herausgefiltert werden, wodurch die störungsfreie Darstellung des Pulssignals weiter ver bessert wird. Bevorzugt kann dies gemäß dem in Anspruch 16 angegebenen Algorithmus geschehen, mit dem auf einem digi talen Rechner im Tiefpaß 2. Ordnung programmierbar ist. Werden die hochfrequenten Anteile ab einer Grenzfrequenz von 15 Hz herausgefiltert, so beeinträchtigt dies die re levanten Spektralanteile des Pulssignales nicht.Furthermore, according to a training before the filing out tern of fundamental and possibly harmonics the high-frequency Components of the pressure signal are filtered out, whereby ver the interference-free display of the pulse signal is improved. This can preferably be carried out according to claim 16 specified algorithm happen with the on a digi tal calculator in the 2nd order low pass is programmable. Are the high-frequency components from a cut-off frequency filtered out of 15 Hz, so this affects the right not relevant spectral components of the pulse signal.
Das gemessene Drucksignal PPuls enthält außer einem Anteil entsprechend dem Blutdruck in der Arterie einen Anteil POffset (Offsetanteil des Drucksignals), der dem mit dem Drucksensor in die Druckstelle eingeleiteten Druck ent spricht. Dieser Druck wird so eingestellt, daß die Ampli tude des Wechselanteils Pac des gemessenen Drucksignals maximal ist. An diesem Punkt ist der Anteil des Blutdrucks, der von der Arterienwand aufgenommen wird, minimal und die Arterienwand entspannt. POffset repräsentiert den Anteil des Drucks, der von der Arterienwand und dem umgebenden Gewebe aufgenommen wird. POffset wird so definiert, daß die Bewegungsartefakte ebenfalls darin enthalten sind. Für die Berechnung des Blutdruckes muß somit POffset ermittelt werden. Sonst sind Fehlinterpretationen schon deshalb mög lich, weil bei Messungen über einen längeren Zeitraum Ge webeflüssigkeit in dem die Arterie umgebenden Gewebe ver drängt wird, womit eine scheinbare Abnahme des Blutdruckes einhergeht. The measured pressure signal P pulse contains, in addition to a portion corresponding to the blood pressure in the artery, a portion P offset (offset portion of the pressure signal) which speaks to the pressure introduced into the pressure point by the pressure sensor. This pressure is set so that the amplitude of the alternating component P ac of the measured pressure signal is at a maximum. At this point, the percentage of blood pressure that is absorbed by the arterial wall is minimal and the arterial wall is relaxed. P offset represents the proportion of pressure that is absorbed by the arterial wall and the surrounding tissue. P offset is defined so that the motion artifacts are also included. For the calculation of the blood pressure, P offset must therefore be determined. Otherwise, misinterpretations are possible because tissue measurements in the tissue surrounding the artery are displaced over a long period of time, which is accompanied by an apparent decrease in blood pressure.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wirkt neben der Druckstelle, vorzugsweise in einem pulsneutralen Bereich, außen auf eine Referenzdruckstelle des Körpers ein Refe renzdruck ein und wird das dort gemessene Referenzdruck signal in die Berechnung des Blutdrucks in der Arterie einbezogen. Die Referenzdruckstelle wird dicht neben der Druckstelle, aber sicher neben der Arterie plaziert, um möglichst gleiche Bedingungen zu erzielen. Bei bekanntem Zusammenhang zwischen in die Druckstelle eingeleitetem Druck und in die Referenzdruckstelle eingeleitetem Refe renzdruck läßt sich POffset in guter Näherung aus dem PRefoffset (Offsetanteil des Referenzdrucksignals) des Re ferenzdrucksignals ermitteln.According to one embodiment of the invention, in addition to the pressure point, preferably in a pulse-neutral area, a reference pressure point of the body acts externally on a reference pressure and the reference pressure signal measured there is included in the calculation of the blood pressure in the artery. The reference pressure point is placed close to the pressure point, but safely next to the artery in order to achieve the same conditions as possible. If the relationship between the pressure introduced into the pressure point and the reference pressure point introduced into the reference pressure is known, P offset can be determined in good approximation from the P refoffset (offset component of the reference pressure signal) of the reference pressure signal.
Gemäß einer Weiterbildung wird für eine lineare Abhängig keit zwischen POffset und PRefoffset Sorge getragen.According to a further development, a linear dependency between P offset and P refoffset is ensured .
Der von außen die Arterienwand entspannende Druck stimmt nicht völlig mit dem intraarteriellen Druck überein. Die Druckstelle muß nämlich größer als der Durchmesser der Arterie sein, um deren Ausweichen zu verhindern. Hierdurch werden jedoch auch Eigenschaften des umgebenden Gewebes gemessen. Ferner ist die Lage der Druckstelle auch intra individuell nicht exakt reproduzierbar,was zu einer schein baren Änderung des zur Entspannung der Arterienwand aufzu bringenden Drucks führen kann. Schließlich kann die Funk tion zwischen POffset und PRefoffset von den Lagen von Druck- und Referenzdruckstelle abhängig und somit nur für einen Patienten exakt zu bestimmen sein.The pressure relaxing the outside of the arterial wall does not completely match the intra-arterial pressure. The pressure point must be larger than the diameter of the artery to prevent it from evading. However, this also measures properties of the surrounding tissue. Furthermore, the location of the pressure point is also not exactly reproducible intra-individually, which can lead to an apparent change in the pressure to be released to relax the artery wall. Finally, the function between P offset and P refoffset can depend on the positions of the printing and reference printing points and can therefore only be determined precisely for one patient.
Aufgrund vorstehender Faktoren ist besonders vorteilhaft, in die Berechnung des Blutdruckes eine Eichmessung des Blutdruckes nach einer anderen Methode, vorzugsweise nach Riva-Rocci, einzubeziehen. Hierdurch wird insbesondere erreicht, daß die Messung unempfindlicher gegen geringfü gige Verschiebung von Druckstellen und Referenzdruckstellen wird, die Berechnung der Funktion zwischen POffset und PRefoffset individuell für die vorliegende Geometrie be stimmt werden kann, und die Variabilität der Übertragungs funktion zwischen Arterie und Sensor durch Proportionali tät angenähert werden kann.Due to the above factors, it is particularly advantageous to include a calibration measurement of the blood pressure according to another method, preferably according to Riva-Rocci, in the calculation of the blood pressure. This ensures in particular that the measurement is less sensitive to slight displacement of pressure points and reference pressure points, the calculation of the function between P offset and P refoffset can be determined individually for the present geometry, and the variability of the transfer function between artery and sensor Proportionality can be approximated.
Bevorzugt wird der Blutdruck nach der in Anspruch 21 ange gebenen Rechenvorschrift berechnet.The blood pressure is preferably according to that of claim 21 given calculation rule.
Zur Lösung der Aufgabe ist vorrichtungsgemäß nach einer ersten Alternative ein adaptiver Bandpaß vorgesehen, der die Frequenz der Grundwelle des Drucksignals ermittelt und die Grundwelle herausfiltert. Der adaptive Bandpaß kann ein adaptiver Notchfilter sein, der nach den Algorithmen in Anspruch 5 arbeitet. Die herausgefilterte Grundwelle kann entweder der Identifizierung der Punkte systolisch und diastolischen Blutdruckes oder der Synthetisierung eines Drucksignales dienen.To solve the problem, the device is according to one first alternative, an adaptive bandpass provided the frequency of the fundamental wave of the pressure signal is determined and filters out the fundamental wave. The adaptive bandpass can be an adaptive notch filter based on the algorithms in claim 5 works. The filtered out fundamental wave can either identify the points systolic and diastolic blood pressure or synthesis serve a pressure signal.
Für dieselben Einsatzzwecke kann gemäß einer alternativen Vorrichtung ein R-Zackendetektor vorgesehen sein, der aus einem zugeführten EKG die Pulsfrequenz als Frequenz der Grundwelle ermittelt.An alternative can be used for the same purposes Device an R-wave detector can be provided which an ECG fed the pulse frequency as the frequency of the Fundamental wave determined.
Bevorzugt wird das Drucksignal in einen Speicher mit einer Speicherverwaltung gespeist, die von dem R-Zackendetektor gesteuert ist. Nach Messung der Herzfrequenz kann dann das Ausfiltern der zugeordneten Grund- und Oberwellen aus dem zwischengespeicherten Drucksignal erfolgen.The pressure signal is preferably stored in a memory with a Memory management powered by the R wave detector is controlled. After measuring the heart rate, this can be done Filter out the assigned fundamental and harmonic waves from the cached pressure signal.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist ein Koeffizien tengenerator vorgesehen, der aus der zugeführten Frequenz der Grundwelle die Frequenzen der Oberwellen errechnet. Ferner können von den Frequenzen der Grund- und/oder Ober wellen einstellbare Bandpässe vorgesehen sein, denen je weils das Drucksignal zugeführt wird und deren Ausgänge einen Summierer speisen. Am Ausgang des Summierers liegt das synthetische Drucksignal an. According to a preferred development, it is a coefficient tengenerator provided from the supplied frequency the frequencies of the harmonics are calculated for the fundamental wave. Furthermore, the frequencies of the fundamental and / or upper Waves adjustable bandpasses are provided, each because the pressure signal is supplied and their outputs feed a totalizer. At the exit of the summer the synthetic pressure signal.
Zum Ausfiltern weiterer Störungen kann den Bandpässen ein Hochpaß und/oder ein Tiefpaß vorgeschaltet sein.The bandpasses can be used to filter out further interference High pass and / or a low pass.
Schließlich sieht eine Ausgestaltung vor, daß die Druck- und ggf. Referenzdrucksignale ggf. hinter einem Vorver stärker über einen A/D-Wandler einem Digitalrechner zuge führt werden, in dem die Bandpässe und ggf. Hoch- und/oder Tiefpässe softwaremäßig verwirklicht sein können.Finally, one embodiment provides that the printing and, if necessary, reference pressure signals, if necessary, after a preliminary ver to a digital computer via an A / D converter leads in which the band passes and possibly high and / or Low passes can be implemented in software.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungs formen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie Meßergeb nisse zeigen. In den Zeichnungen zeigtFurther details and advantages of the subject of Invention result from the following description of the accompanying drawings, the preferred embodiment form a device according to the invention and measurement results show nits. In the drawings shows
Fig. 1 Lage der Sensoren am Unterarm in stark schematischem Querschnitt; Fig. 1 location of the sensors on the forearm in a highly schematic cross section;
Fig. 2 Manschette mit Sensoren an einem Unterarm in de taillierterem Querschnitt; Fig. 2 cuff with sensors on a forearm in the waisted cross-section;
Fig. 3 einen Sensor auf der Haut in stark vergrößertem Querschnitt;3 shows a sensor on the skin on a greatly enlarged cross-section.
Fig. 4 Zusammensetzung von Druck- und Referenzdrucksignal; Fig. 4 composition of pressure and reference pressure signal;
Fig. 5 Signalaufbereitung in einem Blockschaltbild; Fig. 5 signal processing in a block diagram;
Fig. 6 Filterstruktur für Synthese des Drucksignals; Fig. 6 filter structure for synthesis of the pressure signal;
Fig. 7 zeitlicher Verlauf des Drucksignals (obere Kurve) und des Ausganges eines adaptiven Bandpasses (untere Kurve); Fig. 7 temporal course of the pressure signal (upper curve) and the output of an adaptive bandpass (lower curve);
Fig. 8 Filterstruktur mit EKG-Triggerung und fünf Bandpäs sen; Fig. 8 filter structure with EKG triggering and five Bandpäs sen;
Fig. 9 Verlauf des artefaktbelasteten Drucksignals (obere Kurve) und des synthetisierten Drucksignals (untere Kurve); FIG. 9 during the artifact-loaded pressure signal (top curve) and the synthesized signal pressure (lower curve);
Fig. 10 kontinuierliche Messungen des Blutdrucks über einen Zeitraum von 4,5 Minuten bei zeitweiligem Abpres sen der arteria brachialis (obere Kurve), Ruheblut druck über 2,5 Minuten (zweite Kurve von oben), unter Belastung über 3,5 Minuten (zweite Kurve von unten) und in demselben Belastungsfall nach zu sätzlicher Tiefpaß-Filterung (untere Kurve); Fig. 10 continuous measurements of blood pressure over a period of 4.5 minutes with temporary pressing of the brachial artery (upper curve), resting blood pressure over 2.5 minutes (second curve from above), under stress over 3.5 minutes (second Curve from below) and in the same load case after additional low-pass filtering (lower curve);
Fig. 11 kontinuierliche Messung des systolischen und dia stolischen Blutdrucks sowie der Belastung des Pro banden über einen Zeitraum von 6 Minuten. Fig. 11 continuous measurement of the systolic and diastolic blood pressure and the load on the patient over a period of 6 minutes.
Gemäß Fig. 1 sind Drucksensor 1 und Referenzsensor 2 an der Hautoberfläche eines Unterarmes 3 angeordnet, wobei sich der Drucksensor 1 oberhalb einer Arterie 4 befindet. Bei der Arterie 4 handelt es sich um die arteria radialis, die über den Mittelhandknochen 5 verläuft, der gleichsam eine starre Unterlage für die Abstützung der Gefäßwand bildet.Referring to FIG. 1 and reference pressure sensor 1 sensor 2 are disposed on the skin surface of a forearm 3, wherein the pressure sensor 1 is located above an artery. 4 The artery 4 is the radial artery, which runs over the metacarpal bone 5 , which forms a rigid base for the support of the vessel wall.
Wie die Fig. 2 zeigt, sind Drucksensor 1 und Referenzsen sor 2 in zylindrischen Führungen 6 gehalten und durch Federn 7 gegen den Unterarm 3 gepreßt. Die Führungen 6 sind wiederum in einer Manschette 8 fixiert, die aus einer starren Kunststoffplatte mit einer Breite von 50 mm und einem daran befestigten, dehnbaren Band besteht, mit dessen Hilfe die Kunststoffplatte im Bereich der arteria radialis gegen den Unterarm gepreßt werden kann.As shown in FIG. 2, pressure sensor 1 and reference sensor 2 are held in cylindrical guides 6 and pressed against forearm 3 by springs 7 . The guides 6 are in turn fixed in a sleeve 8 , which consists of a rigid plastic plate with a width of 50 mm and an attached, stretchable band, with the help of which the plastic plate can be pressed in the area of the radial artery against the forearm.
Um eine gute Formschlüssigkeit zwischen Manschette 8 und Unterarm zu erreichen, kann die Kunststoffplatte aus Pla stilin hergestellt werden, das durch den Abdruck des Unter arms eines durchschnittlichen Probanden geformt wird. Die Einstellung des Anpreßdruckes von Drucksensor 1 und Refe renzsensor 2 kann durch Variation der Höhe der Führungen 6 erfolgen und wird durch Abgleich auf das Maximum des Wech selanteils des Drucksignals zu Beginn der Messungen fest eingestellt. Während der Messungen kann ein Nachabgleich erfolgen. In order to achieve a good form fit between the cuff 8 and forearm, the plastic plate can be made of plain, which is shaped by the impression of the forearm of an average subject. The setting of the contact pressure of pressure sensor 1 and reference sensor 2 can be done by varying the height of the guides 6 and is set by adjusting to the maximum of the alternating portion of the pressure signal at the start of the measurements. Readjustment can be carried out during the measurements.
Der Sensor 1, 2 in Fig. 3 hat eine Siliziummeßzelle 9 und ist in ein kreiszylindrisches Gehäuse 10 mit einem Außen durchmesser von 12,7 mm und Innendurchmesser von 10,7 mm montiert. Zur Kraftübertragung ist das Gehäuse 10 mit einem Silikonkautschuk 11 verfüllt. Die Oberfläche des Kautschuks 11 ist stirnseitig als kreisrunde Pelotte 12 ausgeformt. Eine Ausgleichsöffnung 13 sorgt für eine Kompensation des atmosphärischen Drucks. Wird der Sensor auf die Haut 3′ des Unterarms 3 aufgesetzt, so wird der Druck durch den Silikonkautschuk 11 auf die Siliziummeßzelle 9 übertragen. Das gemessene Drucksignal ist über einen elektrischen An schluß 14 abnehmbar.The sensor 1 , 2 in Fig. 3 has a silicon measuring cell 9 and is mounted in a circular cylindrical housing 10 with an outer diameter of 12.7 mm and inner diameter of 10.7 mm. The housing 10 is filled with a silicone rubber 11 for power transmission. The surface of the rubber 11 is formed on the end face as a circular pad 12 . A compensating opening 13 compensates for the atmospheric pressure. If the sensor is placed on the skin 3 'of the forearm 3 , the pressure is transmitted through the silicone rubber 11 to the silicon measuring cell 9 . The measured pressure signal can be removed via an electrical circuit 14 .
Fig. 4 zeigt die Komponenten eines vom Drucksensor gemes senen Drucksignals PPuls (linke Bildhälfte) und eines vom Referenzdrucksensor gelieferten Referenzdrucksignals Pref (rechte Bildhälfte). Insgesamt werden von den Sensoren 1, 2 das Drucksignal PPuls bzw. das Referenzdrucksignal Pref gemessen. Im Drucksignal PPuls sind ein dem diastolischen Blutdruck proportionales Drucksignal Pdia sowie ein dem Anpreßdruck des Sensors entsprechendes Drucksignal POffset enthalten. Die Amplitude des Wechselanteils des Pulsdrucks Pac ist als Differenz des dem systolischen Druck entspre chenden Anteils Psys und Pdia anzusehen. Fig. 4 shows the components of the pressure sensor gemes Senen pressure signal P pulse (left half) and a signal supplied from the reference pressure sensor reference pressure signal P ref (right half). Overall, the pressure signal P pulse or the reference pressure signal P ref are measured by the sensors 1 , 2 . The pressure signal P pulse contains a pressure signal P dia proportional to the diastolic blood pressure and a pressure signal P offset corresponding to the contact pressure of the sensor. The amplitude of the alternating component of the pulse pressure P ac is to be regarded as the difference between the proportion P sys and P dia corresponding to the systolic pressure.
Das Referenzdrucksignal wird im wesentlichen von PRefoffset, d. h. dem Anpreßdruck des Referenzdrucksensors gebildet, der einen auf Artefakte entfallenden Anteil enthält.The reference pressure signal is essentially formed by P Refoffset , ie the contact pressure of the reference pressure sensor, which contains a portion due to artifacts.
Für eine gute Aussteuerung von Sensor-Vorverstärkern wer den Druck- und Referenzdrucksignal zusätzlich mit negativen Vorspannungen PPuls0 und PRef0 beaufschlagt. Vorspannung und Verstärkung werden so eingestellt, daß die Vorverstär ker zu -90% angesteuert sind, wenn kein Druck auf die Sen soren ausgeübt wird. Vor Beginn jeder Messung werden beide Vorspannungen bei vollständig entlasteten Sensoren gemes sen, um eventuelle Temperaturdrifts und andere Langzeit variabilitäten der Sensoren und ihrer Vorspannungen zu eliminieren.For a good control of sensor preamplifiers, the pressure and reference pressure signal are additionally subjected to negative bias voltages P Puls0 and P Ref0 . Bias and gain are set so that the preamplifiers are controlled to -90% when no pressure is exerted on the sensors. Before each measurement begins, both bias voltages are measured with sensors fully relieved to eliminate any temperature drifts and other long-term variability of the sensors and their bias voltages.
Aufgrund der starren Verbindung beider Sensoren über die Kunststoffplatte 8 kann eine Korrelation zwischen den Off setanteilen POffset und PRefoffset beider Signale ange nommen werden, die ausreichend als Proportionalität ange nähert werden kann.Due to the rigid connection of the two sensors via the plastic plate 8 , a correlation between the offset components P offset and P refoffset of both signals can be assumed, which can be sufficiently approximated as proportionality.
Gemäß Fig. 5 wird in einer ersten, für beide Sensoren 1, 2 gleichen Eingangsstufe 14, 15 ein temperaturkompensierter Offsetabgleich der Sensoren 1, 2 und ein Nullpunktabgleich auf PPuls0 und PRef0 vorgenommen. Die Sensor-Eingänge sind zur Filterung von Störspannungen (Netzstreuung o. ä. voll symmetrisch ausgelegt. Die nachfolgenden Tiefpässe 16, 17 filtern Rauschanteile der Sensorsignale oberhalb einer Grenzfrequenz von 40 Hz (entsprechend der zehnten Ober welle einer Pulsfrequenz von 240 b pro Minute) und dienen gleichzeitig als Aliasingfilter für nachgeschaltete A/D- Wandler 18, 19.According to FIG. 5, in a first input stage 14 , 15 , which is the same for both sensors 1 , 2 , a temperature-compensated offset adjustment of sensors 1 , 2 and a zero point adjustment to P Puls0 and P Ref0 are carried out. The sensor inputs are designed to filter interference voltages (network spreading or similar) in a fully symmetrical manner. The subsequent low-pass filters 16 , 17 filter noise components of the sensor signals above a cut-off frequency of 40 Hz (corresponding to the tenth harmonic of a pulse frequency of 240 b per minute) and also serve as aliasing filters for downstream A / D converters 18 , 19 .
Das Drucksignal wird hinter dem Tiefpaß 16 auf eine soge nannte Autoreferenz-Schaltung 20 gegeben. Dieser Schal tungsteil dient dazu, eine hohe Auflösung des Drucksignals ohne Übersteuerung der nachfolgenden Verstärker 21, 21′ zu erreichen. Eine Autoreferenz kann jederzeit durch einen nachgeschalteten Personalcomputer ausgelöst werden und be inhaltet folgenden Ablauf:The pressure signal is given behind the low-pass filter 16 to a so-called auto-reference circuit 20 . This scarf device part serves to achieve a high resolution of the pressure signal without overdriving the subsequent amplifier 21 , 21 '. An auto reference can be triggered at any time by a downstream personal computer and includes the following process:
- - Der freilaufende 8-bit-Zähler 20′, 20′′ (Clock und Coun ter) wird durch eine positive Flanke am Command Gate zurückgesetzt und gestartet.- The free-running 8-bit counter 20 ', 20 ''(clock and counter) is reset and started by a positive edge at the command gate.
- - Der Zähler wird kontinuierlich durch den Taktgenerator (Clock) inkrementiert.- The counter is continuously generated by the clock generator (Clock) incremented.
- - Der Ausgang des Zählers 20′′ liegt auf einem D/A-Wandler 22, an dessen Ausgang, beginnend bei negativer Versorgungs spannung, eine Treppenspannung mit einer Auflösung von 8 Bit erzeugt wird.- The output of the counter 20 '' is on a D / A converter 22 , at the output, starting with a negative supply voltage, a staircase voltage is generated with a resolution of 8 bits.
- - Die Treppenspannung wird in einem Subtrahierer 23 vom Drucksignal abgezogen.- The stair voltage is subtracted from the pressure signal in a subtractor 23 .
- - Überschreitet die verstärkte Differenz von Drucksignal- und Treppenspannung den an einem Komparator 24 einge stellten Wert, so wird der Takt (Clock 20′) und damit der Zähler 20′′ angehalten. Als Schaltschwelle hat sich ein Wert von 0 Volt zur Erzeugung einer symmetrischen Ausgangsspannung UPuls als sinnvoll erwiesen.- If the amplified difference between the pressure signal and the staircase voltage exceeds the value set on a comparator 24 , the clock (clock 20 ') and thus the counter 20 ''is stopped. A value of 0 volt has proven to be useful as a switching threshold for generating a symmetrical output voltage U pulse .
- - Die Ausgangsspannung des D/A-Wandlers 22 wird über einen A/D-Wandler 25 in den Rechner eingelesen (Autoreferenz- Spannung "UAuto").- The output voltage of the D / A converter 22 is read into the computer via an A / D converter 25 ( auto reference voltage "U Auto ").
Durch die Autoreferenz-Schaltung 20 wird erreicht, daß das Drucksignal weitgehend von seinen Gleichanteilen befreit werden kann, ohne daß es zu Verzerrungen des Wechselanteils kommt. Ferner wird die Auflösung durch die getrennte Ver arbeitung von UPuls und UAuto erhöht.The auto-reference circuit 20 ensures that the pressure signal can be largely freed of its constant components without causing distortion of the alternating component. Furthermore, the resolution is increased by the separate processing of U pulse and U auto .
Die Fig. 6 zeigt schematisch eine nachgeordnete Filter struktur, die softwaremäßig in einem Personalcomputer ver wirklicht werden kann. Am Eingang der Filterstruktur ist eine Kombination aus Hochpaß 26 und Tiefpaß 27 vorgesehen. Danach durchläuft das Signal einen adaptiven Bandpaß 28 oder Notchfilter zur Bestimmung der Frequenz der Grundwelle und deren Filterung. Die herausgefilterte Grundwelle wird auf das letzte Glied eines Summierers 29 gegeben. Fig. 6 shows schematically a subordinate filter structure that can be realized in software ver in a personal computer. A combination of high-pass 26 and low-pass 27 is provided at the input of the filter structure. The signal then passes through an adaptive bandpass filter 28 or notch filter for determining the frequency of the fundamental wave and its filtering. The filtered out fundamental wave is placed on the last link of a summer 29 .
Aufgrund der Frequenz der Grundwelle errechnet ein Koeffi zientengenerator 30 die Parameter a entsprechend den Koef fizienten von vier Oberwellen, mit denen Bandpässe 31 bis 34 eingestellt werden. Die Bandpässe 31 bis 34 sind aus dem Notchfilter ohne Berücksichtigung des Adaptionspro zesses entwickelt. Die Bandbreite ihrer Filterung wird über den Parameter δ auf 0,1 Hz eingestellt, um eine gute Filterung des Signalspektrums bei gleichzeitiger Unter drückung der Artefakte zu erreichen.On the basis of the frequency of the fundamental wave, a coefficient generator 30 calculates the parameters a corresponding to the coefficients of four harmonics with which bandpass filters 31 to 34 are set. The band passes 31 to 34 are developed from the notch filter without taking the adaptation process into account. The bandwidth of their filtering is set to 0.1 Hz via parameter δ in order to achieve good filtering of the signal spectrum while suppressing the artifacts.
Die ausgefilterten Oberwellen werden auf weitere Glieder des Summierers 29 gegeben, der diese mit der Grundwelle zu einem synthetischen Drucksignal aufaddiert.The filtered harmonics are applied to further elements of the summer 29 , which adds them to the fundamental wave to form a synthetic pressure signal.
Die Wirkung von Hochpaß 26, Tiefpaß 27 und adaptiven Band paß 28 wird durch die Fig. 7 veranschaulicht. Diese zeigt in der oberen Hälfte ein Drucksignal über dem Zeitmaßstab und darunter eine herausgefilterte Grundwelle. Aufgrund der Linearphasigkeit des adaptiven Bandpasses liegt zwi schen zwei eingezeichneten Triggerpunkten jeweils der systolische bzw. diastolische Punkt des Drucksignals. Dies kann für die Identifizierung der Punkte systolischen und diastolischen Drucks genutzt werden.The effect of high pass 26 , low pass 27 and adaptive band pass 28 is illustrated by FIG. 7. The upper half shows a pressure signal above the time scale and below it a filtered out fundamental wave. Due to the linear phase of the adaptive bandpass, the systolic or diastolic point of the pressure signal is located between two trigger points. This can be used to identify the points of systolic and diastolic pressure.
Fig. 8 zeigt eine Vorrichtungsvariante, bei der anstatt eines adaptiven Bandpasses ein EKG zur Triggerung der ein stellbaren Bandpässe genutzt wird. Das EKG-Signal gelangt durch einen Hochpaß 35 in einen R-Zackendetektor 36, der die Herzrate mittels einer festen Schwelle ermittelt, die sicher über den Muskelartefakten liegt und durch die an steigende Flanke der R-Zacke getriggert wird. Inzwischen gelangt das Drucksignal durch Hochpaß 26 und Tiefpaß 27 in einen Speicher 37, in dem jeweils zwei Pulsphasen zwischen gespeichert werden. Eine Speicherverwaltung 38 ordnet die ermittelten Pulsfrequenzen den abgespeicherten Drucksigna len zu. Der Koeffizientengenerator 30 errechnet aus der Pulsfrequenz die Faktoren a für die Einstellung der Band pässe 31 bis 34 für das Ausfiltern der Oberwellen und 39 für das Ausfiltern der Grundwelle des Drucksignales. Die herausgefilterten Grund- und Oberwellen werden wiederum einem Summierer 29 zugeführt, der diese zu einem syntheti schen Drucksignal aufaddiert. Fig. 8 shows a device variant, in which instead of an adaptive band-pass filter, an ECG is used for triggering an adjustable band-pass filters. The EKG signal passes through a high-pass filter 35 into an R-wave detector 36 , which determines the heart rate by means of a fixed threshold, which lies safely above the muscle artifacts and is triggered by the rising edge of the R-wave. In the meantime, the pressure signal passes through high-pass 26 and low-pass 27 into a memory 37 , in which two pulse phases are each temporarily stored. A memory management 38 assigns the determined pulse frequencies to the stored pressure signals. The coefficient generator 30 calculates from the pulse frequency the factors a for setting the band passes 31 to 34 for filtering out the harmonics and 39 for filtering out the fundamental wave of the pressure signal. The filtered out fundamental and harmonic waves are in turn fed to a summer 29 , which adds them up to a synthetic pressure signal.
Die Effektivität der Filterstruktur gemäß Fig. 8 ist aus der Fig. 9 ersichtlich. Die obere Kurve zeigt das Druck signal nach Filterung durch eine in der Grenzfrequenz an gepaßte Anordnung von Hoch- und Tiefpaß zweiter Ordnung. Die starke Artefaktbelastung des Signals läßt die Anteile des Nutzsignals (Pulsdruck) kaum noch erkennen. Als Ergeb nis der Filterung mit einer Abtastrate von 100 Hz ist unten ein praktisch von allen Störungen befreites synthetisches Drucksignal zu sehen.The effectiveness of the filter structure according to FIG. 8 can be seen from FIG. 9. The upper curve shows the pressure signal after filtering by a second-order arrangement of high and low-pass filters in the cut-off frequency. The strong artefact load of the signal hardly shows the parts of the useful signal (pulse pressure). As a result of the filtering with a sampling rate of 100 Hz, a synthetic pressure signal that is practically free of any interference can be seen below.
Fig. 10 zeigt für verschiedene Belastungsfälle systolischen und diastolischen Blutdruck über einen längeren Zeitraum. Während der obigen Messung von 4,5 Minuten Dauer wurde die arteria brachialis in der Ellenbeuge, oberhalb des Sensors, zweimal für die Dauer von 20 Sekunden vollständig abge preßt. Deutlich ist die Abnahme des Blutdruckes in der arteria radialis bis auf einen Wert von 55 mm HG und der darauffolgende exponentielle Wiederanstieg des Drucks zu sehen. Trotz der starken Artefaktbelastung und der extremen Druckvariation wird der Verlauf des Blutdrucks korrekt wiedergegeben. Fig. 10 shows for different load cases systolic and diastolic blood pressure over a longer period. During the above measurement of 4.5 minutes duration, the brachial artery in the elbow, above the sensor, was pressed completely twice for a period of 20 seconds. The decrease in blood pressure in the radial artery down to a value of 55 mm HG and the subsequent exponential rise in pressure can be clearly seen. Despite the heavy artifact load and the extreme pressure variation, the course of the blood pressure is correctly reproduced.
Die zweite Abbildung von oben zeigt für eine Messung des Ruheblutdrucks über 2,5 Minuten die gute Konstanz der Meß werte und den Einfluß der Atmung. Sowohl die Verdrängung der Gewebeflüssigkeit unterhalb der Sensoren wie auch der Temperatureinfluß (während der Messung erwärmen sich die Sensoren von Raum- auf Körpertemperatur) werden vollständig kompensiert. In der Meßzeit wurden etwa 450 Blutdruckwerte errechnet.The second figure from above shows a measurement of the Resting blood pressure over 2.5 minutes the good constancy of the measurement values and the influence of breathing. Both the repression the tissue fluid below the sensors as well as the Influence of temperature (during the measurement the Sensors from room to body temperature) become complete compensated. During the measurement period, about 450 blood pressure values were measured calculated.
Die zweite Kurve von unten repräsentiert eine kontinuier liche Messung an einem Probanden, bei dem nach einer Ruhe zeit von 2,5 Minuten über 1 Minute eine Belastung durch Tretkurbelarbeit (100 Watt auf einem Liegeergometer er folgte. Der Blutdruck betrug in Ruhe 130 mm HG systolisch und 90 mm HG diastolisch. Er stieg während der Belastung auf einen maximalen Wert von 170 mm HG systolisch und 109 mm HG diastolisch an.The second curve from below represents a continuous one measurement on a test subject, after a rest time of 2.5 minutes over 1 minute Pedal crank work (100 watts on a recumbent bike followed. At rest, the blood pressure was 130 mm HG systolic and 90 mm HG diastolic. It rose during the load to a maximum value of 170 mm HG systolic and 109 mm HG diastolic.
Die unterste Kurve zeigt anhand der vorstehend beschrie benen Messung, wie durch einen einfachen Tiefpaß, der eine Änderung der Blutdruckwerte während einer Herzperiode nur in physiologisch sinnvollen Grenzen zuläßt, die Unter drückung der Artefakte weiter verbessert werden kann.The bottom curve shows the one described above level measurement, as by a simple low pass, the one Change in blood pressure during a cardiac cycle only within physiologically reasonable limits, the sub artifacts can be further improved.
Die Fig. 11 zeigt in beiden oberen Kurven Meßwerte des systolischen und diastolischen Blutdruckes eines Proban den, der die in der unteren Kurve dargestellte Tretkurbel arbeit auf einem Liegeergometer leistete. In den Kurven für den Blutdruck ist deutlich die gute Übereinstimmung zwischen den erfindungsgemäß gemessenen Werten (x - Meß gerät Seca) und den herkömmlich ermittelten Werten (o - Gegenmessung nach Riva Rocci) zu sehen. Zusätzlich ist in dem Diagramm für den diastolischen Blutdruck die gemessene Pulsfrequenz (+-Pulsfrequenz) eingetragen. Fig. 11 shows in both upper curves measured values of the systolic and diastolic blood pressure of a proban who performed the pedal crank shown in the lower curve work on a recumbent bike. The curves for the blood pressure clearly show the good correspondence between the values measured according to the invention (x-measuring device Seca) and the conventionally determined values (o-counter measurement according to Riva Rocci). In addition, the measured pulse rate (+ pulse rate) is entered in the diagram for diastolic blood pressure.
Claims (28)
fT Abtastfrequenzherausgefiltert werden.13. The method according to claim 12, characterized in that the low-frequency components according to the following calculation rule u a (n) = c₀ · u e (n) - 2 · u e (n-1) + u e (n-2) - c₂ · u a (n-2) + c₁ · u a (n-1) with undu = 1 / tan (π · f c / f T ) f c center frequency
f T sampling frequency can be filtered out.
fT Abtastfrequenzherausgefiltert werden.16. The method according to claim 15, characterized in that the high-frequency components according to the following calculation rule u a (n) = c₀ · (u e (n) + 2 · u e (n-1) + u e (n-2) ) - c₂ · u a (n-2) - c₁ · u a (n-1) with undu = 1 / tan (π · f c / f T ) f c center frequency
f T sampling frequency can be filtered out.
Diaeich diast. Blutdruck bei Eichmessung
Pac Amplitude des Wechselanteils des Druck signals.
PPuls0 Vorspannung eines Vorverstärkers für Drucksignal,
Pref Drucksignal des Referenzdrucksensors,
Pref0 Vorspannung eines Vorverstärkers für Referenzdrucksignal,
Pulsdruck gemessenes Drucksignal,
Systole systolischer Blutdruck,
Diastole diastolischer Blutdruck.21. The method according to claim 19 and 20, characterized in that the blood pressure is determined using the following calculation rules P_Faktor = (Sys eich - Dia eich ) / P ac . Systole = P_Faktor · (pulse pressure - K · (P ref - P ref_0 ) - P Puls_0 ) Diastole = Systole -P ac · P_FaktorSys calibrated blood pressure during calibration measurement
Dia cal diast. Blood pressure during calibration measurement
P ac amplitude of the alternating component of the pressure signal.
P Puls0 bias of a preamplifier for pressure signal,
P ref pressure signal of the reference pressure sensor,
P ref0 bias of a preamplifier for reference pressure signal,
Pulse signal measured pressure signal,
Systole, systolic blood pressure,
Diastole diastolic blood pressure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4105457A DE4105457A1 (en) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | Non-invasive continuous blood pressure measurement - applying pressure on outside of human body to relieve artery and compute blood pressure |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE4105457A1 true DE4105457A1 (en) | 1992-09-03 |
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| DE4105457A Ceased DE4105457A1 (en) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | Non-invasive continuous blood pressure measurement - applying pressure on outside of human body to relieve artery and compute blood pressure |
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